способ получения пенообразователя и пенообразователь, полученный этим способом

Формула изобретения

1. Способ получения пенообразователя, включающий гидролиз сырья животного происхождения в присутствии щелочи с получением экстракта, нейтрализацию экстракта сильной кислотой, стабилизацию солью сильной кислоты и обезвоживание, отличающийся тем, что после нейтрализации экстракта осуществляют его охлаждение и обезвоживание путем смешивания охлажденного экстракта с дисперсантом в количестве 1:20-1:100 к количеству экстракта по массе и высушивания до получения смеси с влажностью не более 5%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют дисперсант с удельной поверхностью 350-1000 м²/м³.

3. Пенообразователь на основе протеинового экстракта, отличающийся тем, что он получен способом по п.1.

4. Пенообразователь по п.3, отличающийся тем, что дисперсант имеет удельную поверхность 350-1000 м²/м ³.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к строительной технике, а именно к приготовлению строительных растворов с использованием пенообразователя на основе протеинового сырья животного происхождения, и может найти применение при изготовлении изделий, возведении зданий из пенобетона.

Известно, что пенообразователи на основе протеинового сырья позволяют получить устойчивые пены с высокой кратностью пенообразования и большим временем жизни. В качестве сырья в производстве пенообразователей используют отходы мясоперерабатывающей промышленности (боенскую кровь, рога, копыта, кожу животных, перья птиц).

Общими для известных способов получения пенообразователя на основе протеинового сырья являются операции: гидролиз сырья в присутствии щелочи с получением гидролизного экстракта, нейтрализация гидролизного экстракта кислотой и стабилизация солью сильной кислоты. Способы отличаются друг от друга использованием или конкретизацией химических средств, применяемых в процессе производства пенообразователя, и режимами проводимых операций.

Известный по пат. Кореи №94055384, кл. С 04 В 18/24, 1994 г. способ получения пенообразователя включает гидролиз протеиносодержащего сырья животного происхождения в присутствии 0,8-1,2% NaOH и 0,7-1,5% аминового компаунда в гидролитической ванне при 90-100°С в течение 4-5 часов. Затем полученный гидролизный экстракт фильтруют, нейтрализуют кислотой и затем смешивают с 0,5-1,2% сульфата металла и концентрированным протеином.

Способ, известный по пат. России №2212390, кл. С 04 В 38/10, 2003 г., отличается от вышеприведенного тем, что нейтрализацию осуществляют цитратом натрия, при этом цитрат натрия берут в количестве 0,6% по массе продукта перед началом гидролиза и в количестве 50-70% от эквивалентного количества щелочи.

В качестве прототипа выбран способ (пат. Великобритании №2251857, кл. С 04 В 24/14, 1992 г.), который по решаемой задаче ближе к заявляемому способу, нежели другие известные. Способ включает гидролиз протеинового сырья в присутствии 2,5% NaOH или 4% NH ₄OH при температуре около 100°С в течение 3 часов, нейтрализацию соляной кислотой, обезвоживание путем выпаривания до получения коллоидного раствора с содержанием протеина 90-95% и стабилизацию раствора сульфатом железа после выпаривания.

Этот способ решает ту же задачу, что и настоящее изобретение, а именно способ предусматривает операцию обезвоживания пенообразователя и сокращение его объема.

Недостатком способа является невозможность дальнейшего сокращения объема пенообразователя с использованием приема выпаривания, в то время как на практике транспортировка составляющих бетонных композиций наиболее удобна тогда, когда составляющие не имеют вид жидкой консистенции.

Положительным эффектом при использовании изобретения является сокращение объема пенообразователя при сохранении его эксплуатационных свойств.

В соответствии с изобретением способ получения пенообразователя, включающий гидролиз сырья животного происхождения в присутствии щелочи с получением экстракта, нейтрализацию экстракта сильной кислотой, стабилизацию солью сильной кислоты и обезвоживание, характеризуется тем, что после стабилизации экстракт охлаждают и обезвоживают путем смешивания его с дисперсантом в количестве 1:20-1:100 к количеству экстракта по массе и высушивания до получения смеси с влажностью не более 5%.

Пенообразователь на основе протеинового экстракта получен указанным выше способом. Причем целесообразно использовать дисперсант с удельной поверхностью 350-1000 м²/м³. В качестве дисперсанта может быть использовано любое минеральное и/или органическое вещество, обладающее диспергирующими и сорбционными свойствами, - тонкомолотые минералы, например мел, минеральные волокна, например базальтовое, различные кремнеземсодержащие вещества, например микрокремнезем, кремнегель, белая сажа, тонкомолотое оконное или тарное стекло, тонкомолотая глина, глиноземсодержащие вещества, например альфа-корунд, диоксид титана, диоксид цинка, а также древесная мука, текстильная пыль, тонкоизмельченная резина, измельченные отходы деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности, например скоп, смесь дисперсных веществ, в том числе и вышеприведенных. При этом эффективность дисперсанта определяется его удельной поверхностью: чем больше удельная поверхность, тем лучше качество получаемого пенообразователя. Большой удельной поверхностью (350-1000 м²/м³) обладают дисперсанты с размерами частиц, не превышающими 2,5 мм. К числу хороших дисперсантов можно отнести тонкомолотые минералы (например, мел), минеральные волокна (например, базальтовое), различные кремнеземсодержащие вещества (например, микрокремнезем, кремгель, белая сажа, тонкомолотое оконное или тарное стекло, тонкомолотая глина), глиноземсодержащие вещества (например, альфа-корунд, диоксид титана, диоксид цинка), а также древесную муку, текстильную пыль, тонкоизмельченную резину и т.п. Удовлетворяют предъявляемым требованиям и измельченные отходы деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности (например, скоп). В ряде случаев для конкретных применений целесообразно в качестве дисперсанта использовать смесь дисперсных веществ, в том числе и вышеприведенных.

Целесообразность применения пенообразователя с тем или иным дисперсантом для приготовлении бетонной смеси определяется используемым вяжущим и другими компонентами смеси, необходимыми для получения бетона с требуемыми характеристиками.

Так при использовании кремнеземсодержащего вяжущего иногда целесообразно использовать кремнеземсодержащий дисперсант, а иногда целесообразно использовать дисперсант на другой основе, входящей в состав бетонной смеси в качестве добавки, при этом добавку в смесь не вводят.

Для сохранения пенообразователя в течение длительного времени его влажность не должна превышать 5%. Влажность пенообразователя определяется не только свойствами дисперсанта, но и его количеством. Для диспергирования экстракта дисперсантом с наименьшей удельной поверхностью масса дисперсанта должна превышать массу экстракта. В общем случае в зависимости от диспергирующих и сорбционных свойств дисперсанта его вводят в количестве 50-99% от массы пенообразователя.

В нижеприведенной таблице представлены характеристики полученных пенообразователей.

№ п/п	Вид и количество стабилизирующего сульфата, мас.%						Концентрация пенообразователя, части по массе	Кратность пены	Время жизни пены, час
	V	Cr	Mn	Fe	Со	Zn
1	3	-	-	-	-	-	1:20	19	26
2	-	3	-	-	-	-	1:20	21	24
3	-	-	3	-	-	-	1:20	19	36
4	-	-	-	3	-	-	1:20	20	24
5	-	-	-	-	3	-	1:20	21	36
6	-	-	-	-	-	3	1:20	20	36

Для получения пенобетона с требуемыми характеристиками (прочность бетона, его плотность, время схватывания) и при использовании бетонной смеси с различными компонентами используется различное количество пенообразователя. Так, например, для получения пенобетона с плотностью 800 кг/м ³ (конструкционный пенобетон для стен малоэтажных зданий) и прочностью на сжатие 7,5 МПа при использовании бетонной смеси на основе портландцемента количество пенообразователя может составлять приблизительно 10 кг на 1 м³ пенобетона, а для получения конструкционного пенобетона плотностью 800 кг/м³ и прочностью на сжатие 10,5 МПа, предназначенного для монолитного бетонирования стен малоэтажных зданий, количество пенообразователя может превышать 30 кг на 1 м³ пенобетона, при изготовлении же межкомнатных перегородок (плотность бетона 600 кг/м³ и прочность на сжатие 3,5 МПа) на основе супергипса количество пенообразователя может быть около 20 кг на 1 м³ пенобетона.

Для приготовления пенобетона бетонную смесь, содержащую также сухой пенообразователь, загружают в пенобетоносмеситель, добавляют расчетное количество воды и смешивают до вспенивания.

Ниже приведены примеры конкретных реализаций способа при использовании в качестве протеинсодержащего вещества птичьего пера.

Пример 1.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:3 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 5 часов. За 15-30 минут до окончания варки в реактор для нейтрализации вводят серную кислоту до получения величины рН экстракта не менее 10, например 11. После охлаждения экстракта до комнатной температуры в него вводят стабилизатор - сульфат железа в количестве 3%. Охлажденный экстракт смешивают с микрокремнеземом, удельная поверхность которого равна 550 м ²/м³, в соотношении 1:50 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния с влажностью 2%. Готовый пенообразователь имеет удельную поверхность микрокремнезема, равную 550 м ²/м³. Насыпная плотность пенообразователя 1050 кг/м³. Характеристики получаемой пены приведены в таблице, строка 4. Полученный пенообразователь можно использовать для получения конструкционного пенобетона.

Пример 2.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:4 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 7 часов. За 15-30 минут до окончания варки в реактор для нейтрализации экстракта вводят серную кислоту до получения величины рН раствора не менее 10, например 12. После охлаждения до комнатной температуры в экстракт вводят стабилизатор - сульфат цинка в количестве 3%. Охлажденный экстракт смешивают с тонкомолотым глиноземом, удельная поверхность которого равна 500 м²/м³, в соотношении 1:20 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния с получением конечной влажности 1,5%. Готовый пенообразователь имеет удельную поверхность глинозема, равную 500 м²/м³. Насыпная плотность пенообразователя 1000 кг/м³. Характеристики получаемой пены приведены в таблице, строка 6. Пенообразователь используют для получения теплоизоляционного пенобетона.

Пример 3.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:5 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 5-12 часов. За 15-30 минут до окончания варки экстракт стабилизируют введением в реактор серной кислоты до получения рН 12. После охлаждения до комнатной температуры в экстракт вводят для стабилизации сульфат железа в количестве 3%. Охлажденный экстракт смешивают с тонкомолотым мелом, имеющим удельную поверхность 450 м²/м³, в соотношении 1:100 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния с получением влажности 2%. Готовый пенообразователь имеет удельную поверхность 450 м ²/м³, насыпную плотность 1200 кг/м³ . Пенообразователь может быть использован для получения пеногипса. Для получения пены порошок пенообразователя смешивают с водой в соотношении 1:30-1:10, добавляя при этом стабилизирующую соль в количестве 1-15% от массы порошка пенообразователя. Характеристики получаемой пены приведены в таблице, строка 4.

Пример 4.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:4 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 10 часов. За 15-30 минут до окончания варки в реактор вводят серную кислоту до получения величины рН экстракта 10. После охлаждения до комнатной температуры в него вводят сульфат железа в количестве 5%. В качестве дисперсанта используют смесь порошка кремнегеля, имеющего удельную поверхность 1000 м²/м³, и извести-пушонки, имеющей удельную поверхность 550 м²/м³, в соотношении 1:1. Охлажденный пеноконцентрат смешивают со смесью порошков в соотношении 1:100 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния (конечная влажность 2%). Готовый пенообразователь (5) имеет удельную поверхность 750 м²/м³, насыпную плотность 1200 кг/м³. Пенообразователь можно использовать для получения конструкционного пенобетона.

Пример 5.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:5 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 12 часов. За 15-30 минут до окончания варки в реактор вводят серную кислоту до получения величины рН экстракта 10. После охлаждения экстракта до комнатной температуры в него вводят стабилизатор - сульфат железа в количестве 3%. Охлажденный экстракт смешивают с микроцеллюлозой, удельная поверхность которой равна 1200 м²/м³, в соотношении (в мас.%): экстракт - 50, микроцеллюлоза - 50 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния с влажностью 1-2%. Готовый пенообразователь имеет удельную поверхность микроцеллюлозы, равную 1200 м ²/м³. Насыпная плотность пенообразователя 1050 кг/м³. Характеристики получаемой пены приведены в таблице, строка 4. Полученный пенообразователь можно использовать для получения теплоизоляционно-конструкционного пенобетона.

Пример 6.

Птичье перо смешивают с водным раствором гидроксида натрия в соотношении 1:5 по массе, нагревают в реакторе до температуры кипения и кипятят в течение 12 часов. За 15-30 минут до окончания варки в реактор вводят серную кислоту до получения величины рН раствора 10. После охлаждения до комнатной температуры в экстракт вводят стабилизатор - сульфат цинка в количестве 4%. Охлажденный экстракт смешивают с электроцеллюлозой, побочным продуктом производства бумаги, удельная поверхность которого равна 800 м² /м³, в соотношении (мас.%): экстракт - 40, электроцеллюлоза - 60 и высушивают смесь до воздушно-сухого состояния с получением влажности 1-2%. Готовый пенообразователь имеет удельную поверхность, равную 800 м²/м³. Насыпная плотность пенообразователя 1000 кг/м³. Характеристики получаемой пены приведены в таблице, строка 6.

Пенообразователь используют для получения теплоизоляционно-конструкционного пенобетона.